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随着新型织机不断向高速化、宽幅化方向发展,综框作为织机开口机构的重要部件,必须具备良好的力学性能,如优良的抗振性能,优异的抗冲击性能等。目前国内尚无高性能复合材料综框方面的研究报道,仅极少数国外企业可提供复合材料综框产品。但由于其价格昂贵,限制了复合材料综框的推广应用,阻碍了高速织机的使用。近年来,混杂夹芯结构复合材料因其轻质、力学性能优异和可设计性良好等特点,而受到研究人员的广泛关注和重视。本课题对综框用混杂夹芯结构复合材料的制备和力学性能研究进行了初步尝试,为国内复合材料综框的研究开发提供一定的基础。
本课题采用模压成型工艺,成功制备了综框用玻璃斜纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料、碳平纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料、玻璃纤维二维编织管状织物/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料和芳纶纤维二维编织管状织物/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料四种试样。以四种试样为研究对象,分别进行了弯曲性能、冲击性能、振动性能试验研究,并利用ANSYS结构分析软件建立了碳平纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料的有限元模型,对其进行了模态分析。试验研究和模拟结果表明:
1.四种试样弯曲破坏区域比较相似,主要集中在表层面板和单向碳纤维层、单向碳纤维层和夹芯的两个胶接处;弯曲破坏时所需的载荷值芳纶二维编织管状织物/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料的最大,碳平纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料的最小;玻纤斜纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料弯曲强度值最大,碳平纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料的最小。
2.冲击试验表明:碳平纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料的冲击强度最好,玻纤二维编织管状织物/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料的次之,但就性价比看,玻纤二维编织管状织物/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料更具优势。
3.四种混杂夹芯结构复合材料试样的固有频率测试值均较高,且对应阶数的振型一致性好。
4.模拟结果与试验结果吻合性很好,误差小于5%,说明建立的碳平纹/单向碳纤维混杂夹芯结构复合材料有限元模型具有很高的精度。